Hématopoièse DESBC PDF

Hématopoïèse et sa régulation Pr. Saliou Diop 1  Plan du cours Introduction I- Ontogenèse de l’hématopoièse II- Les étapes de l’hématopoièse III- Régulation de l’hématopoièse Microenvironnement médullaire Facteurs de croissance Régulati...

Hématopoïèse et sa régulation Pr. Saliou Diop 1  Plan du cours Introduction I- Ontogenèse de l’hématopoièse II- Les étapes de l’hématopoièse III- Régulation de l’hématopoièse Microenvironnement médullaire Facteurs de croissance Régulation génique IV-Techniques d’étude Conclusion 2  Introduction Définition: ensemble des mécanismes impliqués dans la production des diverses cellules sanguines à partir de la cellule souche hématopoïétique Cellules sanguines: – Très différenciées : éléments terminaux et fonctionnels – Durée de vie courte (sauf lymphocytes mémoires plusieurs années) GR env.120 j plaquettes env. 7 j GB env. 1 j – peu ou pas de possibilité de division (plaquettes, GR n’ont pas de noyau) – Nombre très élevé : production très importante 1013 cellules sanguines / jour 2 Millions de GR / seconde 3 I- Ontogenèse de l’hématopoièse 4  I- Ontogenèse de l’Hématopoièse Hématopoïèse primitive – Débute à J21 de la vie embryonnaire, – Dérive du mésoderme du sac vitellin, où se forment des îlots sanguins, – Au sein des îlots sanguins, les cellules centrales se différencient en cellules érythroblastiques (nucléées) et les cellules de la périphérie forment les premières cellules endothéliales (= vaisseaux primitifs). 5  I- Ontogenèse de l’Hématopoièse Hématopoïèse définitive – J28, des CSH apparaissent dans l’aorte dorsale de la région Aorte- Gonades-Mesonephros, qui iront ensuite coloniser le foie puis la rate. – Vers 4 mois: La moelle osseuse (MO) commence à être colonisée et sera le site exclusif de l'hématopoïèse à la naissance et pour toute la vie (tous les os jusqu’à 4 ans, puis uniquement les os courts et plats – La Cellule souche hématopoïétique: encore imparfaitement caractérisée : Soit un progéniteur commun (hémangioblaste), pourrait donner naissance à la fois aux cellules hématopoïétiques et aux cellules endothéliales, Soit les cellules mésodermiques se différencieraient en cellules endothéliales ou en cellules hématopoïétiques, Soit certaines cellules endothéliales donneraient naissance aux cellules hématopoïétiques. 6  Structure de la moelle osseuse (fragment d’une biopsie de moelle osseuse) Îlots de cellules hématopoïétiques Tissu graisseux Tissu osseux 7 Schéma général de l’hématopoïèse 8  II- Etapes de l’hématopoïèse A- Les cellules souches Les hémangioblastes peuvent se différencier : – D’une part en angioblastes puis en cellules endothéliales, – d’autre part en cellules souches hématopoïétiques (CSH). Les CSH se classent en 2 catégories : – LT - CSH : CD133+, CD34- CD 38- (« Long Term » ou de longue durée) – ST- CSH : CD133+, CD34+ CD 38- (« Short Term » ou de courte durée) Les ST-CSH se différencient en cellule souches multipotentes (MP), lequel se différencie – soit en cellule souche myéloïde (CMP) – soit en cellule souche lymphoïde (CLP) 9 10 11  II- Etapes de l’hématopoïèse B- Les progéniteurs Le progéniteur commun myéloïde ou cellule souche myéloïde ou CFU-GEMM (Colony Forming Unit - Granulocyte – Erythroblast - Megakaryocyte – Monocyte) se différencie en : – progéniteur commun granulocytaire monocytaire (CFU –GM ou GMP) – progéniteur commun mégacaryocytaire érythroblastique (MEP ou Megakaryocyte Erythroid Progenitor). Le progéniteur commun lymphoïde ou cellule souche lymphoïde se différentie en progéniteur B et T Les progéniteurs tardifs ou différenciés (CFU-M, CFU-G, BFU-E ou BFU-Mk) ne donnent naissance qu’à une lignée cellulaire, en se différenciant en précurseurs. 12  II- Etapes de l’hématopoïèse B- Les progéniteurs Orientation irréversible d’un progéniteur vers une lignée : deux théories. – modèle déterministe: les cellules reçoivent des signaux spécifiques extra cellulaires [FCH ] qui influent sur les cellules possédant les récepteurs correspondants, induisant l’expression de tel ou tel groupe de gènes, ce qui oriente la différenciation. – modèle stochastique ou probabiliste: L’orientation vers une lignée est alternative, et non influencée par l'environnement cellulaire. Les FCH joueraient simplement un rôle de survie et de prolifération ultérieure des progéniteurs (s’ils expriment le récepteur correspondant). 13  II- Etapes de l’hématopoïèse C- Les précurseurs (compartiment de maturation) Reconnaissables par leur morphologie : ce sont les cellules que l’on observe au microscope sur un étalement de MO. Se différencient progressivement : c’est une différenciation / maturation Dans chaque lignée on observe une amplification du nombre de cellules (= 3 à 5 divisions cellulaires), avec des critères morphologiques propres à chaque stade de maturation, Hématie = hémoglobine pour le transport de l’oxygène Neutrophile = granulations (phagocytose) Monocyte = phagocytose et intervention dans l’immunité Lymphocytes = intervention dans la réponse immune. Plaquettes = molécules de membrane et granulations pour l’hémostase 14 15  III- Régulation de l’hématopoïèse Le microenvironnement médullaire La Régulation génique Les facteurs de croissance hématopoïétiques 16 3. Stroma et microenvironnement : notion de niche hématopoïétique. – Environnement nécessaire pour la survie, la croissance et la différenciation des cellules hématopoïétiques – Les cellules stromales proviennent des cellules souches mésenchymateuses – Cellules stromales (adipocytes, fibroblastes, cellules endothéliales, macrophages) qui sécrètent les facteurs de croissance et les substances qui composent la matrice extracellulaire (collagène, fibronectine, thrombospondine) 17  La niche hématopoïétique La présence des cellules stromales est nécessaire à l’hématopoïèse : – Libération de divers facteurs de croissance hématopoïétiques (FCH) par les cellules stromales. – Production de divers composants permettant le maintien de la croissance des CSH : CXCL12, angiopoïétine-1, VCAM-1, KL [la protéine KIT est récepteur de surface pour le SF (steel factor, ou KIT Ligand, ou SCF) produit par les cellules stromales] – Contacts entre cellules stromales et CSH. Ces divers mécanismes régulent la prolifération/différenciation ou au contraire la quiescence des CSH. 18  La niche hématopoïétique Circulation cellulaire au sein du tissu myéloïde: – Les interactions stroma - cellules hématopoïétiques permettent la circulation des différentes cellules de l'hématopoïèse (immatures et matures) dans le tissu myéloïde ; – Les cellules endothéliales des sinusoïdes jouent un rôle dans la sortie sélective des cellules matures de la MO vers le torrent circulatoire : les cellules matures peuvent traverser le cytoplasme des cellules endothéliales aussi bien que se glisser entre ces cellules ; Le « homing » est un mécanisme permettant aux cellules sanguines de quitter le torrent circulatoire et de retourner dans les organes hématopoïétiques (important pour la recolonisation de territoires médullaires irradiés ou aplasiques). – La sélectine L (CD62-L) exprimée par le microenvironnement médullaire serait le ligand du CD34, ce qui expliquerait le homing des CSH CD34+ préférentiellement vers la MO 19 La niche hématopoïétique 20  Contrôle génique de l’hématopoièse Facteurs de transcription régulant l’engagement des cellules vers une lignée 21  Facteurs de croissance hématopoïétiques et leurs récepteurs Origine des FCH. – Fibroblastes, cellules endothéliales et macrophages produisent GM-CSF, G-CSF, CSF1 et KL. Ces cellules sont médullaires (= cellules stromales), mais aussi dispersées dans tout l’organisme. – Les cellules T et les macrophages produisent diverses cytokines au niveau du site de l’inflammation. – L’EPO: produite par les cellules péritubulaires rénales (et environ 10% par le foie). – La TPO est produite par le foie (et un peu par le rein) – Plusieurs FCH sont maintenant disponibles sous forme recombinante. 22  Facteurs de croissance hématopoiétiques et leurs recepteurs Ce sont des glycoprotéines : les gènes correspondants sont connus, et certains clonés et utilisés pour produire des FCH à usage thérapeutique. Deux catégories de récepteurs des facteurs de croissance : – récepteurs « tyrosine kinases » = récepteurs dont les parties intracytoplasmiques peuvent se phosphoryler puis induire la cascade de transduction, – récepteurs « associés à des tyrosine kinases » = nécessitent l’intervention de molécules sous-membranaires qui seront phosphorylées pour initier la cascade de transduction. Les voies de transduction du signal vont activer des facteurs de transcription (différents selon le FCH en cause) et induire l’expression de gènes qui provoqueront l’orientation vers telle ou telle lignée. 23 Facteurs de croissance: mode d’action  Facteurs de croissance hématopoiétiques et leurs recepteurs Action des FCH sur les cellules de l’hématopoïèse. – Action sur les progéniteurs précoces, peu spécifiques de lignées : SCF, Flt3-L, IL-3, famille de l’IL-6 (IL-6, IL-11) – Action plus restreinte, plus tardive : Pour les granulocytes, les macrophages, ou les mastocytes : – GM-CSF : permet l’orientation vers la production de progéniteurs Granulocytaires / Monocytaires – G-CSF : permet la différenciation vers les neutrophiles – M-CSF : permet la différenciation vers les monocytes – IL-5 : permet la différenciation vers les éosinophiles. – SCF ou KL (Kit ligand) : permet la différenciation mastocytaire. 25  Pour les mégacaryocytes : Thrombopoïétine (TPO) et son récepteur appelé MPL, présent sur les plaquettes et sur les Mk. La TPO est synthétisée par le foie. Pour les érythroblastes : – Principalement l'érythropoïétine (EPO), synthétisée par les cellules péritubulaires du cortex rénal, sensible à la pression en oxygène du sang [dans les cellules rénales un facteur de transcription oxygène dépendant, inductible par l'hypoxie, contrôle la synthèse de l'EPO]. – Les proérythroblastes et les CFU-E entrent en apoptose en l'absence d'EPO, qui est donc plutôt un facteur anti-apoptotique. Pour les cellules lymphoïdes : – SCF et IL-7 orientent la différenciation des CS pluripotentes en progéniteur lymphoïde, – IL-7 : aide à la différenciation des progéniteurs B (BCP), – IL-2, IL-4, IL-7 : aide à la différenciation des progéniteurs T (TCP). 26 Facteurs de croissance de promotion Capables d’agir sur les cellules souches totipotentes Augmentent le nombre de cellules souches en cycle cellulaire 27  Facteurs de croissance multipotents Permettent la survie et la différentiation des cellules après action des facteurs de promotion (GM CSF et IL3) 28 Facteurs de croissance restreints Agissent sur les cellules souches déjà engagés en favorisant leur multiplication et leur maturation. Action limitée à une lignée 29  Facteurs de croissance non hématopoiétiques Vitamines : notamment B12 et folates Oligoéléments et minéraux : fer, cuivre, zinc Acides aminés. La pression en oxygène est de 4% dans les vaisseaux sanguins et de 1% dans les niches hématopoïétiques : les CSH fonctionnent en hypoxie chronique. 30  Inhibiteurs de l’hématopoïèse. Pour l’érythropoïèse: – des lymphocytes T suppresseurs peuvent agir par contact avec les cellules érythroïdes faisant intervenir des antigènes HLA ou non. – Par ailleurs le TNF est une cytokine inhibitrice, impliquée dans l’anémie de l’état inflammatoire. Pour la granulopoïèse, divers inhibiteurs produits par les lymphocytes T suppresseurs peuvent induire une neutropénie : – IFN (tous types), – TNFα, – TGF β, – MIP 1α (action par l’intermédiaire de récepteurs pro apoptotiques fas-fasL). 31 IV- Techniques d’étude 32  Techniques d’études Les techniques de culture in vitro : usage fréquent, mais limité aux laboratoires spécialisés. – Mise en culture de cellules mononucléées de la moelle osseuse – Milieu artificiel (agarose, méthyl cellulose, collagène), – Résultats: disparition après quelques jours des cellules déposées (= mort de la plupart des cellules, qui sont des précurseurs et des cellules matures), puis apparition après 8-10 j de quelques colonies (= amas de cellules plus ou moins matures provenant des progéniteurs tardifs), puis après 15- 20 j apparition de colonies originaires de progéniteurs plus précoces. – Plus une colonie met de temps à apparaître, plus elle correspond à un progéniteur précoce et donc moins différencié. 33  Techniques d’étude Les techniques de cytométrie de flux – CSH les plus primitives (LT-CSH): CD133+ CD34- CD38- – Les CSH les plus primitives sont THy1(CD90)+ CD38- et sont dépourvues d’antigènes des lignées lymphoïdes et myéloïdes (elles sont appelées Lin – : càd négatives pour les Ag de lignées). – Les ST-CSH et les progéniteurs de l’hématopoïèse expriment l’antigène CD34 (sialomucine) 34  Conclusion L’hématopoïèse est un processus complexe, encore imparfaitement compris, souvent issu d’extrapolations de l’animal à l’homme. Des altérations de l’hématopoïèse peuvent conduire à diverses pathologies, réactionnelles (aplasies) ou malignes (hémopathies). 35